(57)【要約】【課題】燃料電池に用いる電源切断手順を提供する。【解決手段】前記燃料電池には発電部、制御ユニット、内部負荷側、外部負荷側、ファン、ポンプ、燃料電池内部と外部との温度差の判断手段を含み、前記燃料電池の運転状態において、前記制御ユニットが前記ファン及びポンプの持続作動を制御し、前記制御ユニットが電源切断手順に入るかどうかを判断でき、その電源切断手順のステップには、前記制御ユニットが電源切断手順に入ることを選択し、また、前記ポンプの運転停止の制御を選択することと、前記燃料電池内部と外部との温度差の判断手段を通じて、前記燃料電池内部と外部との温度差が特定温度差値より低いかどうかの判断、及び、前記燃料電池内部と外部との温度差が前記特定温度差値より低い場合、前記制御ユニットが前記ファンの運転停止の制御を選択することを含み、これにより燃料電池が安全な状態において電源切断手順を完成できることにある。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記燃料電池には発電部、制御ユニット、内部負荷側、外部負荷側、ファン、ポンプ、及び、燃料電池内部と外部との温度差の判断手段を含み、且つ、前記燃料電池の運転状態において、前記制御ユニットが前記ファン及びポンプの持続作動を制御し、前記制御ユニットが電源切断手順に入るかどうかを判断でき、その電源切断手順のステップには、
前記制御ユニットが電源切断手順に入ることを選択し、また、前記ポンプの運転停止の制御を選択することと、
前記燃料電池内部と外部との温度差の判断手段を通じて、前記燃料電池内部と外部との温度差が特定温度差値より低いかどうかの判断、及び、
前記燃料電池内部と外部との温度差が前記特定温度差値より低い場合、前記制御ユニットが前記ファンの運転停止の制御を選択することを含むことを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記燃料電池内部と外部との温度差の判断手段には、温度センサー及び前記制御ユニットを含み、且つ、前記温度センサーを通じて前記燃料電池内部と外部の温度情報を検知し、また、前記温度情報を前記制御ユニットにフィードバックしてから前記制御ユニットを通じ前記温度情報に基づいて前記燃料電池内部と外部との温度差が前記特定温度差値より低いかどうかを判断することを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記特定温度差値は、水蒸気が前記燃料電池内部に凝結することを回避できる温度差値であることを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項４】
請求項２記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記温度センサーは、サーミスタ、及び、熱電対デバイスのいずれかの温度検知デバイスから選択することを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記燃料電池には、電力を出力でき、及び、充電を行うことができるエネルギーキャリアで、また、電力を前記内部負荷側に伝送して使用できる二次電池を更に含むことを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記二次電池としてリチウム電池、ニッケル水素電池、及び、ニッケルカドミウム電池のいずれかの充電式電池を選択することを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項７】
請求項２記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記燃料電池は、前記発電部の残留燃料濃度が特定濃度値より低いかどうかを判断することに用いる濃度判断手段を更に含むことを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項８】
請求項７記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記制御ユニットが電源切断手順に入ることを選択した後、
前記濃度判断手段を通じ、前記発電部の残留燃料が前記特定濃度値より低いかどうかの判断、及び、
前記発電部の残留燃料が前記特定濃度値より低く、且つ、前記燃料電池内部と外部との温度差が前記特定温度差値より低い時、前記制御ユニットが前記ファンの運転停止制御の選択を更に含むことを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項９】
請求項８記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記濃度判断手段は前記制御ユニットを含み、且つ、前記制御ユニットには前記発電部から出力した電力の電圧が特定電圧値より低いかどうかを判断することに用いる電圧検知手段を含み、また、前記発電部から出力した電力の電圧が前記特定電圧値より低い時、前記制御ユニットは前記発電部の残留燃料濃度が前記特定濃度値より低いと判断することを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記燃料電池内部と外部との温度差の判断手段には、温度センサー及び前記制御ユニットを含み、且つ、前記温度センサーを通じて前記燃料電池内部と外部の温度情報を検知し、また、前記温度情報を前記制御ユニットにフィードバックしてから前記制御ユニットを通じ前記温度情報に基づいて前記燃料電池内部と外部との温度差が前記特定温度差値より低いかどうかを判断することを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項１１】
請求項８記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記制御ユニットが前記発電部の出力電力を判断することで残留燃料濃度を得ることを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【請求項１２】
請求項８記載の燃料電池に用いる電源切断手順において、前記温度センサーは、サーミスタ、及び、熱電対デバイスのいずれかの温度検知デバイスから選択して構成することを特徴とする、燃料電池に用いる電源切断手順。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一種の燃料電池に用いる電源切断手順に関し、特に、電源切断手順を提供することで燃料電池システム（Ｆｕｌｌ Ｃｅｌｌ Ｓｙｓｔｅｍ）において、制御ユニットが燃料電池と動作環境の温度差及び燃料電池の残留燃料溶液の濃度の監視制御を通じて燃料電池の電源切断状態の条件に達することができることにある。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池は、水素リッチ燃料と酸素燃料を利用して電気化学反応を起こすことで電力を出力する電池コアを具備し、直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ、ＤＭＦＣ）を例とすると、直接メタノール型燃料電池は陽子交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）中の一つに属し、液体メタノールを燃料供給源として直接使用し、改質器を通じてメタノール、ガソリン及び天然ガス等を改質して水素を取り出して発電に供することは不要である。また該直接メタノール型燃料電池の動作原理は、陰陽の両電極を含み、且つ両電極間に浸透性のある薄膜から構成されるものである。その電解質はイオン交換膜で、薄膜の表面に反応を加速できる触媒を塗布している。メタノール溶液は陽極を通じて燃料電池に流入し、酸素が陰極から燃料電池に進入し、また触媒の作用を介してメタノールを含む水素原子（ｈｙｄｒｏｇｅｎ）を陽子（ｐｒｏｔｏｎ）と電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）に分解させ、陽子は薄膜の反対側にたどり着くと、酸素と結合して水を生成し、また電子が外部回路を通って、陰極に達して電力回路を形成する。
【０００３】
このような燃料電池の応用分野において、反応を起こすと、負荷側の有無を問わず、陽子交換膜の燃料溶液の作用が完了するまで、やはり電気化学反応を継続する。当然無負荷の時、もしも陽子交換膜で電気化学的変化を継続して行う場合、反応で生成した水蒸気が電池コアの膜・電極接合体上に凝結することで、膜・電極接合体間において容易に水蒸気により短絡損壊が生じてしまう。また従来の方法は純水を加える方法で前記陽子交換膜内の燃料溶液の濃度を希薄することで、燃料濃度を特定濃度以下に維持し、膜・電極接合体が電気化学反応を中止または遅くさせる。しかしながらこのような方法では、純水を加えることで追加の電力を消費する必要があるだけではなく、その後もファンの作動を通じて、水蒸気を排出する必要があり、さもなければ水蒸気が膜・電極接合体間に凝結して、膜・電極接合体間の短絡損壊が生じてしまう。
【０００４】
これにより、本発明の発明者は、従来の方法及びその装置の欠陥に鑑み、制御ユニットで陽子交換膜内の燃料溶液残留量を監視でき、或いはその負荷の有無、または制御ユニットで設定した電源切断コマンドの起動タイミングに基づき、燃料電池陽極側の燃料溶液濃度の制御、または燃料電池システムと外部との温度差は水蒸気の凝結が起きないよう制御する燃料電池の電源切断手順を発明した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、燃料電池に用いる電源切断手順を提供し、それが制御ユニットを通じて燃料電池内のファン作動を監視制御し、電源切断コマンドを実行する際、前記ファンが、燃料電池システムと外部との温度差が小さくなるまで持続運転することで、水蒸気が燃料電池の発電部に凝結することにより発生する電気の短絡現象を避けることができることにある。
【０００６】
本発明の別の目的は、燃料電池の電源切断手順を提供し、それが制御ユニットを通じて陽子交換膜内の燃料溶液の濃度を監視制御し、電源切断コマンドを実行する際、前記ポンプの作動を停止でき、すなわち燃料タンク内の燃料溶液が陽子交換膜に対して燃料供給を停止し、また前記ファン運転を継続させ、残余の陽子交換膜で発生した残存電力を消費するよう制御し、つまり前記陽子交換膜内の残留燃料を消費させる電源切断手順にある。
【０００７】
さらに、本発明の別の目的は、燃料電池の電源切断手順が燃料電池内部で使用する二次電池を提供し、燃料電池が電力出力を停止した際、前記二次電池が前記制御ユニット、ポンプとファンの作動に要する電力を維持できることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、一種の燃料電池に用いる電源切断手順の前記燃料電池には発電部、制御ユニット、内部負荷側、外部負荷側、ファン、ポンプ及び燃料電池内部と外部との温度差の判断手段を含み、且つ前記燃料電池の運転状態において、前記制御ユニットが前記ファン及びポンプの持続作動を制御し、前記制御ユニットが電源切断手順に入るかどうかを判断でき、その電源切断手順のステップには、前記制御ユニットが電源切断手順に入ることを選択し、また前記ポンプの運転停止の制御を選択することと、前記燃料電池内部と外部との温度差の判断手段を通じて、前記燃料電池内部と外部との温度差が特定温度差値より低いかどうかの判断及び前記燃料電池内部と外部との温度差が前記特定温度差値より低い場合、前記制御ユニットが前記ファンの運転停止の制御を選択することを含む。
【０００９】
更に、前記制御ユニットが電源切断手順に入った後、前記濃度の判断手段を通じて、前記発電部の残留燃料が前記特定濃度値より低いかどうかの判断、及びもしも前記発電部の残留燃料が前記特定濃度値より低く、且つ前記燃料電池内部と外部との温度差が前記特定温度差値より低い場合、前記制御ユニットが前記ファン運転停止の制御を選択することを更に含む。
【００１０】
これにより、前記燃料電池は、安全な状態で電源切断手順を完了する。
【００１１】
当該技術を熟知する者に本発明の目的、特徴及び効果について理解していただくため、下記の具体的な実施例を介し付属の図面を組み合わせることで、本発明に対する詳細な説明を後記のとおり行うものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明である燃料電池に用いる電源切断手順のデバイス関係図である。本発明の燃料電池に用いる電源切断手順は、燃料電池１００に使用され、前記燃料電池１００の発電の運転状態を終了することに用いる。前記燃料電池１００は、制御ユニット（ＭＣＵ）１１０、発電部１２０、外部負荷側１５０、内部負荷側１６０、燃料タンク本体１７０、ポンプ（ｐｕｍｐ）１３０及びファン１４０を具備し、前記制御ユニット１１０は、マイクロコントローラで、燃料電池のロジック制御の提供するために用いる。前記発電部１２０は、陽極側（Ａｎｏｄｅ）１２２、陽子交換膜（ＭＥＡ）１２３及び陰極側（Ｃａｔｈｏｄｅ）１２４のエネルギー転換装置を具備し、流入した燃料を電力に転換して出力することに用いる。前記内部負荷側１６０は、前記燃料電池１００の制御ユニット１１０、ポンプ１３０及びファン１４０等の電力消費デバイスに電気的に接続して前記制御ユニット１１０、前記ポンプ１３０及び前記ファン１４０の作動に要する電力を提供することに用いる電力伝送手段を具備する。及び前記外部負荷側１５０は、前記燃料電池１００外部の任意の電力を必要とする電子デバイス（図内に未表示）まで電気的に接続して、前記外部電子デバイスの作動に要する電力を提供することに用いる電力伝送手段を具備する。
【００１３】
上述内の燃料タンク本体１７０内には、陽子交換膜１２３の必要な電気化学反応を提供する燃料溶液を有し、陽極側１２２と陰極側１２４に位置する両電極に伝導し、両電極間に浸透性のある陽子交換膜１２３を構成し、且つその電解質はイオン交換膜で、陽子交換膜１２３の表面に反応を加速できる触媒を塗布する。前記燃料タンク本体１７０内の燃料溶液は、前記ポンプ１３０の吸い上げを通じて前記発電部１２０の陽極側１２２に送り込み、空気中の酸素が前記陰極側１２４に流すことにより、前記発電部１２０が前記陽子交換膜１２３を通じて電気化学反応を起こして電力を発生できる。前記電気化学反応において、前記陽子交換膜１２３の触媒の作用で陽子交換膜１２３内の溶液に含まれる水素原子（ｈｙｄｒｏｇｅｎ）を陽子（ｐｒｏｔｏｎ）と電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）に分解させ、陽子が酸素により陽子交換膜１２３の反対側に引き付け、電子が外部負荷側１５０を経由して電流を形成した後で陰極側１２４に到達すると共に還元した酸素イオンと反応を起こして水を生成し、陽極側１２２と陰極側１２４間に位置する外部負荷側１５０の両端が無負荷の場合、制御ユニット１１０を通じて電源切断コマンドを検出した後、ポンプ１３０の運転を停止し、ポンプ１３０の用途は、燃料タンク本体１７０内の燃料溶液を陽極側１２２まで送り込み、もしも停止した後、その動作も一時中止して、燃料に電気化学反応を起こさせず、また同時にファン１４０の作用は、電気化学反応時に発生する熱量の消費及び陰極側に十分な酸素を提供する。
【００１４】
前述の燃料電池１００は、温度センサー１９０を更に具備し、前記温度センサー１９０は前記燃料電池１００内部温度と外部温度を測定するための装置である。もう一度図１に示すことを見ると、前記燃料電池１００内部で各デバイスの作動によって発生した熱エネルギーは内部熱源１９０ａとして表示し、また環境で発生した熱エネルギーが外部熱源１９０ｂとして表示し、前記内部熱源１９０ａと前記外部熱源１９０ｂが前記温度センサー１９０に作用する際、前記温度センサー１９０がメッセージを前記制御ユニット１１０にフィードバックするため、前記制御ユニット１１０は前記燃料電池１００内部と外部との温度差を得ることができ、前記制御ユニット１１０はこの内部と外部との温度差に基づき燃料電池に用いる電源切断手順を終了するかどうかを判断し、同時に前記ファン１４０の作動停止を制御する。
【００１５】
図１及び図２において、図２は本発明である燃料電池に用いる電源切断手順のフローチャートである。本発明である燃料電池に用いる電源切断手順の具体的な実施方法には、前記制御ユニット１１０が前記ポンプ１３０及び前記ファン１４０の作動を制御し、各々前記発電部１２０の陽極側１２２と陰極側１２４に要する燃料を供給することで、前記発電部１２０の陽子交換膜１２３が電気化学反応を起こして電力を発生させることのできるステップ２１０と、前記制御ユニット１１０を通じて電源切断手順に入るかどうかを判断し、もしも電源切断手順に入らないと選択した時、前記制御ユニット１１０がステップ２１０に進み、且つもしも電源切断手順に入ることを選択した時、前記制御ユニット１１０がステップ２３０に進むステップ２２０と、前記制御ユニット１１０が前記ポンプ１３０を運転停止状態に入って前記発電部１２０の陽極側１２２に燃料を補充させないよう制御し、前記発電部１２０の陽極側１２２に残留した燃料を持続して反応させることができるステップ２３０と、前記ファン１４０が比較的低回転速度で継続運転し、且つ前記温度センサー１９０を通じて前記燃料電池１００の内部と外部温度情報を前記制御ユニット１１０へフィードバックし、また前記制御ユニット１１０を通じて前記燃料電池１００の内部と外部との温度差が予定値以下に達したかどうかを判断し、前記制御ユニット１１０が前記燃料電池１００の内部と外部との温度差がすでに予定値以下に達したことを判断してからステップ２５０に進むステップ２４０及び前記制御ユニット１１０が前記ファン１４０の停止を制御するステップ２５０を含む。
【００１６】
これにより前述の前記発電部１２０の陽極側１２２内の残留燃料濃度を特定値より低くさせることで、前記発電部１２０の陽子交換膜１２３の損壊程度を回避或いは低下させることができ、且つ残留燃料の電気化学反応において、持続運転するファン１４０が前記発電部１２０の温度を低下させることができ、また前記発電部１２０内の水蒸気を排出して水蒸気の凝結により膜・電極接合体間の短絡現象が起きることを避けることができる。
【００１７】
図３は、本発明である燃料電池に用いる電源切断手順のデバイス関係図である。前述の実施例の燃料電池１００において、二次電池１８０を更に追加し、前記二次電池１８０は電力を出力でき、充電を行うことができるエネルギーキャリアで、且つ前記二次電池１８０を前記内部負荷側１６０まで電気的に接続する。前記燃料電池１００の出力電力が不足した時、前記二次電池１８０を補助電力とすることができ、前記内部負荷側１６０を通じて電力を前記燃料電池１００内の制御ユニット１１０、ポンプ１３０及びファン１４０等の電力消費デバイスの使用に供給する。
【００１８】
前述の二次電池１８０は、リチウム電池、ニッケル水素電池、及び、ニッケルカドミウム電池及びその他充電式電池を選択できる。
【００１９】
図３及び図４において、図４は本発明である燃料電池に用いる電源切断手順の図３の実施例に基づくフローチャートである。図４は前述の実施例に基づき、且つステップには、前記制御ユニット１１０が前記ポンプ１３０及び前記ファン１４０の作動を制御し、各々前記発電部１２０の陽極側１２２と陰極側１２４に要する燃料を供給することで、前記発電部１２０の陽子交換膜１２３が電気化学反応を起こして電力を発生させることのできるステップ４１０と、前記制御ユニット１１０を通じて電源切断手順に入るかどうかを判断し、もしも電源切断手順に入らないと選択した時、前記制御ユニット１１０がステップ４１０に進み、且つもしも電源切断手順に入ることを選択した時、前記制御ユニット１１０がステップ４３０に進むステップ４２０と、前記制御ユニット１１０が前記ポンプ１３０を運転停止状態に入って前記発電部１２０の陽極側１２２に燃料を補充させないよう制御し、前記発電部１２０の陽極側１２２に残留した燃料を持続して反応させることができるステップ４３０と、前記制御ユニット１１０は前記発電部１２０の陽極側１２２内の残留燃料濃度が特定値より低いかどうかを判断し、前記残留燃料濃度が前記特定値より低くなった時、前記制御ユニット１１０がステップ４５０に進むことを選択するステップ４４０と、前記二次電池１８０が前記内部負荷側１６０を通じて電力を前記燃料電池１００内の制御ユニット１１０、ポンプ１３０及びファン１４０の使用のために提供し、且つ前記ファン１４０が比較的低回転速度で持続運転し、前記温度センサー１９０が前記燃料電池１００の内部と外部温度情報を前記制御ユニット１１０にフィードバックし、また前記制御ユニット１１０を通じて前記燃料電池１００の内部と外部との温度差が予定値以下に達したかどうかを判断し、前記制御ユニット１１０が前記燃料電池１００の内部と外部との温度差がすでに予定値以下に達したことを判断してからステップ４６０に進むステップ４５０及び前記制御ユニット１１０が前記ファン１４０の停止を制御するステップ４６０を含む。
【００２０】
前述の前記制御ユニット１１０は、前記発電部１２０の陽極側１２２内の残留燃料濃度が特定値より低いかどうかを判断するステップにおいて、前記制御ユニット１１０が前記発電部１２０から出力する電力の電圧が特定電圧値より低いかどうかの判断として代替できる。
【００２１】
その他、本発明である燃料電池に用いる電源切断手順において、その残留燃料濃度は、前記発電部１２０の出力電力により判断を行うことで得ることができる。
【００２２】
更に、前述の温度センサー１９０は、サーミスタ或いは熱電対デバイスのいずれかの温度検知デバイスから構成することができるため、前記燃料電池１００の内部と外部の温度情報の測定に用いることができる。
【００２３】
本発明は、具体的な実施例で上記のとおりに開示したが、開示した具体的な実施例が本発明として限定的に用いることではなく、当該技術を熟知する者は本発明の精神と範囲に基づき各種の改変と修飾を行なうことができ、行なった改変或いは修飾も全て本発明の保護範疇にあり、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に定義するものを基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明である燃料電池に用いる電源切断手順のデバイス関係図である。
【図２】本発明である燃料電池に用いる電源切断手順のフローチャートである。
【図３】本発明である燃料電池に用いる電源切断手順のデバイス関係図である。
【図４】本発明である燃料電池に用いる電源切断手順の図３の実施例に基づくフローチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１００  燃料電池
１１０  制御ユニット
１２０  発電部
１２２  陽極側
１２３  陽子交換膜
１２４  陰極側
１３０  ポンプ
１４０  ファン
１５０  外部負荷側
１６０  内部負荷側
１７０  燃料タンク本体
１８０  二次電池
１９０  温度センサー
１９０ａ  内部熱源
１９０ｂ  外部熱源
２１０〜２５０  ステップ
４１０〜４６０  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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